膜結構找形分析是膜結構設計中至關重要的一個環節,它涉及到確定膜結構的初始平衡形態和預應力分布。
1. 找形分析的目的
膜結構在沒有施加預應力之前,是沒有結構剛度的,因此需要通過找形分析確定合適的膜曲面形狀和預應力分布。
找形分析的主要目的是在滿足建筑形狀要求的同時,保證結構的經濟合理、安全可靠。
2. 找形分析的原則
綜合考慮建筑的平面、立面要求和建筑功能,以及下部支承條件等因素,確定符合邊界條件和力學平衡要求的曲面形狀。
打破傳統的“先建筑,后結構”的設計方式,要求建筑師和結構師在方案建議階段便緊密結合在一起,共同確定建筑物的外形。
3. 找形分析的重要參數
結構拓撲關系:不同結構構件之間的連接關系。
體力和面力:結構自重和外荷載,找形階段外荷載通常為零。
結構幾何形狀:找形階段所要求解的,一般屬于未知量。
幾何邊界條件:由結構工程師根據建筑條件和施工條件等因素來綜合確定。
初始預張力的大小和分布:根據多方面的條件進行反復調整后綜合確定。
4. 找形分析的步驟
初始曲面的選取:可以根據結構大體的平面形狀,用解析曲面或者一些數值擬合曲面如Bezier曲面、Coons曲面、樣條曲面等來作為形狀判定的初始曲面。
確定邊界和控制點:根據建筑設計的要求,確定初始曲面的邊界和一些控制點,這些控制點的坐標是已知的。
張拉控制點:將控制點張拉到指定的位置,整個曲面在這個過程中會發生變形,最終求出所需的曲面形狀。
預應力判定:在形狀判定后,需要找出與前一步找出的幾何外形相對應的預應力分布,也就是維持這樣的幾何所需的預應力。
5. 找形分析的注意事項
曲面的彎曲應在兩個方向上互反,即應為負高斯曲面,以有效傳遞外荷載。
避免出現大面積的扁平區域,以增加曲面的剛度。
曲面上的高低起伏宜平緩,避免出現“尖角”,以減少應力集中。
合理確定支承點的位置,以保證膜面具有較大的曲率。
6. 計算工具與方法
通常采用膜結構計算軟件進行找形分析,如德國TECHNET公司的EASY軟件、意大利的Forten軟件等。
也可采用有限元通用軟件如ANSYS等進行找形計算,基于非線性有限元計算原理,采用“小彈模”方法等方法進行計算。
Copyright ? 2006-2023 深圳市諾科空間膜結構有限公司 All Rights Reserved. 粵ICP備19124677號 XML地圖